薇甘菊化感物质对土壤氮素矿化的影响及其化感利己作用

【目的】研究入侵植物薇甘菊提取物对土壤氮素矿化的影响及化感利己作用,为薇甘菊通过释放化感物质促进自身生长并排斥本地植物生长提供实验证据,为揭示薇甘菊的入侵机制提供理论依据。【方法】采用经典的化感生测实验、化感物质添加实验以及盆栽控制实验,对比研究薇甘菊及其本地伴生植物水提液和粗提物的化感生测效应、水提液和粗提物添加对土壤氮素的影响以及水提液添加对薇甘菊生长的影响。【结果】与本地伴生种相比,薇甘菊水提液的化感抑制作用较强且促进了土壤硝态氮的生成;而薇甘菊粗提物的化感作用较弱且抑制了土壤铵态氮和硝态氮的生成。水提液盆栽控制实验结果表明,与本地伴生种火炭母相比,薇甘菊水提液具有显著的化感利己作用,这与薇甘菊水提液处理后薇甘菊生长土壤中的蛋白酶活性增强和有效氮含量增加相一致。【结论】薇甘菊可通过水溶性化感物质促进有效氮的生成来实现化感利己作用。     

薇甘菊不同时期的营养繁殖及其生物量分配特征

薇甘菊是世界热带、亚热带地区最具危险性的外来植物之一,较强的无性生长与繁殖是其种群快速建立和扩散的主要原因。该实验采用生长期(40d、30d、20d、10d)和养分(1倍Hoagland’s营养液、清水+土壤、清水)二因子设计,探讨薇甘菊根、茎、叶的营养生长与繁殖和生物量分配特征。结果显示:(1)生长期对薇甘菊茎的存活率和养分对薇甘菊茎的净增生物量比例具有极显著影响(P<0.01),但对其他指标影响均不显著(P>0.05);生长期和养分互作除对薇甘菊根的存活率和茎的分枝数影响不显著外,对其他指标影响均达到极显著(P<0.01)。(2)所有薇甘菊根处理中的存活率为0,茎的分枝数在各处理之间的差异不显著。(3)随着生长期和养分增加,薇甘菊茎和叶的存活率及其生物量逐渐提高,且茎的分枝长、叶的分枝长及其分枝数逐渐提高,但中等养分更有利于提高生长期较短的薇甘菊叶的存活率、分枝长、分枝数及生物量。研究表明,薇甘菊不同营养器官在不同生长期和养分条件具有不同的存活情况以及形态可塑性和生物量分配特征。     

华南地区2种优质牧草对入侵杂草薇甘菊的化感作用

研究了2种牧草大翼豆和旋扭山绿豆,以及入侵杂草薇甘菊的化感作用。结果表明,化感作用大小表现为:大翼豆〉薇甘菊〉旋扭山绿豆。大翼豆对薇甘菊具有化感抑制作用,其中茎的抑制作用大于叶,高浓度的抑制作用大于低浓度。旋扭山绿豆对薇甘菊的化感抑制作用显著低于大翼豆。另一方面,薇甘菊对2种牧草的化感作用较弱,远低于2种牧草对薇甘菊的抑制作用。可见,果园间作牧草大翼豆比旋扭山绿豆在防止薇甘菊入侵方面更具有优势。     

从种内、种间化感作用分析入侵种薇甘菊及其近邻种的非协同进化趋势

为预测入侵植物与其邻近物种间的非协同进化趋势,分别提取薇甘菊(Mikania micrantha)及其近邻种五爪金龙(Ipomoea cairica)、葛藤(Pueraria lobata)和鸡矢藤(Paederia scandens)的叶片水提液处理幼苗,对薇甘菊及其近邻种的种内、种间化感作用进行研究。结果表明,薇甘菊对3种近邻种的化感作用呈现不同趋势(SE=0.50, 0.61,–0.16),但种内存在较强的化感促进作用(SE=0.61),说明其种内化感竞争较弱;葛藤的种内化感促进作用(SE=0.32)弱于薇甘菊,种间的化感促进作用与薇甘菊相似(SE=0.52, 0.50);五爪金龙种内化感促进作用(SE=0.06)弱于薇甘菊和葛藤(SE=0.32),种间促进作用(SE=0.24)弱于薇甘菊(SE=0.61);鸡矢藤的种内、种间化感作用均表现为抑制作用(SE=–0.18,–0.07),说明种内、种间化感竞争较强。野外调查表明4种植物分布的频度和多度均表现为薇甘菊葛藤五爪金龙鸡矢藤,这与化感竞争力结果一致。可见,种内与种间化感作用在入侵植物与近邻植物的综合竞争力中扮演着极为重要的作用,这为入侵种与近邻种之间的非协同进化趋势指明了方向。     

两种生境中薇甘菊种群的生物量生殖分配

于2004年薇甘菊（Mikania micrantha）生殖阶段的现蕾期至种子成熟期,从种群和构件水平上研究了两种生境（林窗和开阔地）中薇甘菊种群的生物量生殖分配。结果表明,在生殖生长过程中,两种生境中的种群用于营养生长的生物量分配均占有绝对优势,而生殖生长的波动相对较大。花序的生物量分配（RA）总体上均呈现由低到高的变化趋势。在不同时期,林窗薇甘菊种群的营养枝生物量分配均小于开阔地,而除了种子形成期和种子成熟期以外的其它各个时期,林窗中生殖枝的生物量分配均大于开阔地,林窗中花序的生物量分配均显著大于开阔地。表明薇甘菊能有效权衡其在不同生境中的繁殖策略,开阔地中的薇甘菊种群的繁殖策略倾向于克隆繁殖,而林窗生境中薇甘菊种群则相对更倾向于有性生殖。     

入侵种薇甘菊防治措施及策略评估

薇甘菊Mikania micrantha H.B.K.是入侵中国南部地区的一种危害极大的外来入侵种。防治薇甘菊的措施和策略,应根据薇甘菊的物种特性及所能支配的防除资源,综合考虑、统筹安排。薇甘菊能快速生长覆盖其他植物,其残株断枝易成为独立生长的新个体、种子量巨大且极易扩散,喜入侵次生植被。物理清除适用于小面积,对大面积出现的薇甘菊不应采用。化学防除主要用于应急,但未能改变适于薇甘菊生长的生境,薇甘菊仍可能在数年后再次为害。田野菟丝子Cuscuta campestris控制薇甘菊适用于大面积危害区域,当只以控制而不以根除自然群落的薇甘菊为目标时效果很好。群落改造能一劳永逸地解除薇甘菊的危害,但只适用于宜林地,且成本较高。天敌控制和植物化感防治都尚在探索阶段。未来还应发掘有效天敌,研发综合防治措施,揭示宏观分布规律。薇甘菊防治的正确策略是:对于已形成区域性危害的薇甘菊,根除已经不可能,应采取持久战而非速决战,防止薇甘菊入侵新区域是防治的重中之重,必须优先治理轻度入侵地和能向周边区域甚至是遥远区域扩散的传播源,建立防治示范区或样地。     

Local grasses for the control of the invasive vine Mikania micrantha

乡土草本植物对入侵植物薇甘菊的防控 薇甘菊(Mikania micrantha)是在太平洋岛屿和亚洲热带亚热带发现的一种入侵植物。目前防 治薇甘菊的方法并不完善,因此亟需寻找对环境友好的、更有效的防治方法。因此,我们探究了4种草本植物对薇甘菊入侵的防御能力,以期为薇甘菊的生态可持续防治提供科学依据。 本研究选取了4种来自中国本土的多年生禾本科草本植物：藤竹草(Panicum incomtum)、象草(Pennisetum purpureum)、斑茅(Saccharum arundinaceum)和蔓生莠竹(Microstegium vagans)来构建草丛。将薇甘菊种子播种在上述草丛中,同时还将薇甘菊幼苗移栽到上述草丛中,观察草丛是否能阻止薇甘菊幼苗的生长。此外,我们还将薇甘菊移植到现有的草丛中,观察草丛是否能够阻止薇甘菊的再次入侵。最后还在野外将薇甘菊分别与藤竹草和象草一同种植,探究这两种禾本科植物是否能在竞争中胜出。研究结果表明,薇甘菊种子在上述草丛中萌发困难,所有薇甘菊幼苗在3个月内死亡,说明薇甘菊很难在现有的草丛中生存。野外实验表明,薇甘菊盖度在第一年显著低于这些草本植物,两年后全部被这些草本植物取代。据我们所知,本研究首次揭示了高大草本植物,特别是藤竹草和象草,具有作为薇甘菊生物防治的潜力。     

红薯对薇甘菊的竞争效应

在外来入侵生物的生态管理中,利用具有较高经济价值的本地植物或伴生的本地物种进行替代控制是治理入侵植物的有效途径之一。本研究以本地作物红薯(Ipamoea batas)和入侵植物薇甘菊(Mikania micrantha)为试验对象,田间试验条件下采用deWit取代法,研究了红薯对薇甘菊的竞争效应。结果表明:薇甘菊单种时,主茎长、分枝长、节间长和分枝数大于红薯,而主茎节数、不定根节数、叶柄长、叶面积均明显小于红薯,使薇甘菊在与红薯争夺养分和光照时处于劣势;在薇甘菊与红薯共存条件下,各个混种比例中薇甘菊的株高、分枝、叶、茎节不定根和生物量等均受到显著抑制,且受到的抑制率普遍高于其对红薯的抑制率;薇甘菊和红薯的相对产量(RY)、相对产量总和(RYT)均显著小于1.0,说明2物种的种间竞争大于种内竞争;红薯对薇甘菊的竞争平衡指数,只有在薇甘菊所占比例高时(1:3)竞争平衡指数显著小于0,其余各个混种比例下竞争平衡指数均显著大于0,说明红薯与薇甘菊之间存在很强的竞争作用,红薯对薇甘菊的竞争力强于薇甘菊。本研究表明,无论是从形态特征还是生物量来看,红薯都可以作为一种对薇甘菊进行替代控制的理想竞争植物。     

增温对入侵植物马缨丹生物量分配和异速生长的影响

气候变暖已是不争的事实。外来入侵植物随着温度升高有可能作出积极的响应,采取有效策略来扩大入侵范围,造成更大的危害。以世界性杂草马缨丹(Lantana camara)为研究对象,对不同温度处理下(22、26℃和30℃)的生长和分配特征及构型效应进行对比研究,并借助异速生长分析方法,对不同温度下马缨丹幼株各构件生长关系进行分析。结果表明:随着温度升高,马缨丹幼株减少了对地下生物量的分配,地上部分生物量投资的增加主要表现在对茎的投资上,并利用有限的叶生物量投资扩大叶面积,即在高度和广度两方面都增加了对光能的获取。这些响应有利于其同化作用的增强从而提高竞争力,表明温度增加会增强马缨丹的入侵力,这也是马缨丹在全球气候变暖背景下扩大其分布范围的有效策略。     

薇甘菊的化感作用研究

研究薇甘菊对萝卜、黑麦草、白三叶以及薇甘菊常见伴生树种马占相思、马尾松、大叶桉的生化他感作用。分别用薇甘菊地上部分、根部、枯枝叶和土壤的水提液以及地上部分的石油醚、乙酸乙酯和乙醇提取液按照一定浓度进行生物测定。研究表明,薇甘菊地上部分水提液能够显著影响受体植物生长,根水提液的抑制作用程度稍低,其枯枝叶水提液基本无作用。薇甘菊地上部分的石油醚和乙醇提取物均对受体植物幼苗生长表现出一定的抑制作用．但是乙酸乙酯提取物的作用最强烈,可使种子发芽过程受阻,幼苗生长受抑制程度高达90％以上．显示化感物质主要集中在这一部分。     

模拟增温和降水变化对北京东灵山辽东栎种子出苗和幼苗生长的影响

气候变化将增加地表平均气温、改变降水格局, 会影响到种子出苗和幼苗生长, 进而影响物种的更新动态。为探讨增温和降水变化对东灵山地区建群树种辽东栎(Quercus mongolica)种子出苗和一年生幼苗生长和适应状况的影响, 该文利用环境控制生长箱开展了温度和降水量的双因素控制实验, 温度设置3个梯度: 月平均气温(对照)、增温2 ℃和增温6 ℃; 降水量设置3个梯度: 月平均降水量(对照)、减水30%和加水30%。结果表明: 1)辽东栎的种子出苗率和一年生幼苗的生长对增温和降水变化的响应不一致, 种子出苗率主要受到降水及其与温度交互作用的影响, 幼苗生长仅受到温度和降水独立作用的影响; 2)春季增温2 ℃或降水量增加均使辽东栎种子出苗期提前; 增温6 ℃与降水量减少的水热组合延迟了种子出苗期并使其存活率和出苗率显著降低, 但在此温度下增加降水量则增加了出苗速率和出苗率。3)增温2 ℃对其生长无显著影响, 增温6 ℃则在不同水分条件下显著地增加了幼苗的比叶面积、抑制了叶的伸长生长, 同时也显著降低了各器官生物量积累, 并减少了幼苗生物量向根的分配; 降水量减少降低了幼苗根生物量, 但未影响总生物量和根冠比, 降水量增加显著促进了幼苗地上部分的生长, 特别是叶的生长。因此, 适当地增温或增加降水量将增加辽东栎幼苗的更新潜力, 但增温和降水量减少导致的干旱化将显著降低幼苗的更新潜力。     

入侵植物小花山桃草种群构件生物量结构及种子萌发特征

通过野外设置样方调查和室内萌发试验,研究小花山桃草种群各构件生物量的结构特征和它们之间的关系模型、繁殖分配以及种子萌发特点。结果表明:(1)小花山桃草根、茎、叶、花(果)序生物量与植株高度之间以及各构件生物量之间均呈正相关关系,可用幂函数模型或线性函数模型较好地表达;(2)各构件生物量在个体生物量中所占的比率表现为茎>花序>叶>根;(3)小花山桃草的繁殖投入和繁殖分配都随植株个体的增大而增加;(4)小花山桃草个体大小和繁殖投入之间为线性关系,而个体大小和繁殖分配之间为幂函数关系;(5)小花山桃草存在一个较小的繁殖阈值(0.6043g);(6)小花山桃草种子在有光照(12h)和黑暗条件下发芽率均可达到85%以上;未经贮藏的种子不萌发,低温沙藏(1～2℃)和室温干藏(14～32℃)一个半月种子萌发率分别可达92.5%和79%;低温沙藏时种子即可发芽,且发芽率可达61%。在研究地区,小花山桃草几乎整个生长季都可萌发,甚至初冬还有幼苗产生。小花山桃草构件生物量结构和繁殖分配特征、种子萌发特点等都有助于其入侵能力的提高,是其成功入侵我国的重要原因。     

The Influence of Variable Rainfall Frequency on Germination and Early Growth of Shade-Tolerant Dipterocarp Seedlings in Borneo

Climate change induced alterations to rainfall patterns have the potential to affect the regeneration dynamics of plant species, especially in historically everwet tropical rainforest. Differential species response to infrequent rainfall may influence seed germination and seedling establishment in turn affecting species distributions. We tested the role of watering frequency intervals (from daily to six-day watering) on the germination and the early growth of Dipterocarpaceae seedlings in Borneo. We used seeds that ranged in size from 500 to 20,000 mg in order to test the role of seed mass in mediating the effects of infrequent watering. With frequent rainfall, germination and seedling development traits bore no relationship to seed mass, but all metrics of seedling growth increased with increasing seed mass. Cumulative germination declined by 39.4% on average for all species when plants were watered at six-day intervals, and days to germination increased by 76.5% on average for all species from daily to six-day intervals. Final height and biomass declined on average in the six-day interval by 16% and 30%, respectively, but the percentage decrease in final size was greater for large-seeded species. Rooting depth per leaf area also significantly declined with seed mass indicating large-seeded species allocate relatively more biomass for leaf production. This difference in allocation provided an establishment advantage to large-seeded species when water was non-limiting but inhibited their growth under infrequent rainfall. The observed reduction in the growth of large-seeded species under infrequent rainfall would likely restrict their establishment in drier microsites associated with coarse sandy soils and ridge tops. In total, these species differences in germination and initial seedling growth indicates a possible niche axis that may help explain both current species distributions and future responses to climate change.     

Allelopathic effect of <Emphasis Type="Italic">Nepeta meyeri</Emphasis> Benth. extracts on seed germination and seedling growth of some crop plants

In order to evaluate the allelopathic potential of Nepeta meyeri Benth., the effects of aqueous extracts (0.125, 0.25, 0.5, 1, 2.5 and 5%) prepared from roots and leaves of N. meyeri were studied on the seed germination and seedling growth of several economically important crops (barley, wheat, canola, safflower, and sunflower). Both the root and leaf extracts of N. meyeri caused a general phytotoxic effect on the seed germination and seedling growth of barley and sunflower at all concentrations. However, both the root and leaf extracts significantly increased the seedling growth of wheat, especially at the lower concentrations 0.125, 0.25 and 0.5%, whereas the higher concentrations had a neutral effect. The seed germination and the seedling growth of canola and safflower were also generally improved by both extracts, especially at lower concentrations. However, these advantages were not observed at higher concentrations, at which the extracts mostly had a phytotoxic effect on canola and safflower. The Allelopathic activity of N. meyeri depended on whether the extract was derived from the leaf or root parts of the plant. The maximum allelopathic effect occurred with leaf extracts. The results demonstrate that the aqueous extracts from N. meyeri have allelopathic potential and should be evaluated as an allelopathic species, presenting a risk or advantage to seed germination and seedling growth of crop or weed plants.     

杉木种子萌发及幼苗生长对光强的响应

设置不同光强梯度(透光率分别为100%、40%、20%、10%和5%,光照强度PPFD分别为201.3、77.0、37.5、19.2、9.8 μmol·m^-2·s^-1),研究光对杉木种子萌发和幼苗早期生长的影响,分析杉木种子萌发、幼苗存活、生长、形态响应、生物量积累及其分配格局对不同光环境的响应策略.结果表明: 杉木种子的萌发率、存活率、建植率和萌发指数在不同光强梯度下均有显著差异,且40%的透光率是种子最适萌发条件,萌发率最高,而全光照下存活率和建植率最高;随光照强度的减弱,杉木幼苗茎长增大,根长、子叶长、子叶厚、真叶数呈降低趋势,而基径在各光照强度间无显著差异;总生物量、根生物量、茎生物量、叶生物量均表现为全光照下最大.随着光照强度的减弱,光合组织与非光合组织生物量比、叶生物量比呈降低趋势,茎生物量比呈增加趋势,根冠比和根生物量比无显著差异.弱光环境促进杉木种子萌发,不利于杉木幼苗存活和生长.在弱光环境下,杉木幼苗通过增大茎生物量来提高对弱光环境的耐受力.     

Seed germination and seedling growth in the arrow bamboo <Emphasis Type="Italic">Fargesia qinlingensis</Emphasis>

Improving natural regeneration of bamboos after they die following mass flowering is critical for conservation of giant pandas. However, little is known about factors that affect seed germination and seedling growth of bamboos. We studied seed germination and seedling growth in Fargesia qinlingensis, which mass flowered in a giant panda habitat in the Qinling Mountains of China in early 2000, in laboratory and greenhouse conditions. Seed germination rate was tested under light and dark conditions 5 and 12 months after seed collection. Germination rate displayed no significant difference under light or dark conditions 5 months after seed collection, but was significantly greater in the dark than under light 12 months after seed collection, suggesting light inhibition of seed germination. A 2×2 factorial design was conducted to test the effects of nitrogen (N fertilization and non-N fertilization) and light [full sun and shade (i.e., 14% full sun)] on seedling growth and biomass allocation. N fertilization significantly increased seedling growth, resulting in greater seedling height, more branches, more leaves, greater stem biomass, and greater leaf biomass. Seedlings under 14% full sun conditions had a significantly lower percentage of biomass allocated to the stem. The root/shoot ratio was significantly greater in non-N/shade than non-N/full sun, while there was no significant difference in this ratio between N/shade and N/full sun, suggesting that nitrogen fertilization compensated for the effect of shade on biomass allocation. Our results suggest that N fertilization could be employed in restoration of F. qinlingensis stands after die-off following mass flowering.     

不同温度对迷人杜鹃种子萌发与幼苗生长及生理特性的影响

该研究利用实验室不同恒温和变温控制试验,考察了不同温度[恒温(15℃、25℃、35℃)和变温(25℃/15℃、30℃/20℃,高温12 h,低温12 h)]处理对迷人杜鹃种子萌发、幼苗形态指标和生理生化指标的影响,探讨温度对迷人杜鹃种子萌发和幼苗生长的影响机制。结果表明:(1)迷人杜鹃种子在25℃/15℃变温条件下萌发率(87.69%)和萌发指数(8.65)均最高。(2)25℃/15℃变温有利于迷人杜鹃幼苗的地径、苗高、平均根长和萌枝数的增加,以及根、茎、叶生物量的积累。(3)25℃/15℃变温处理下幼苗叶片的总叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量最高,而MDA含量、CAT活性和SOD活性较低。研究认为,迷人杜鹃种子萌发和幼苗生长的最适宜温度条件为25℃/15℃(昼/夜),而在高温(35℃)和低温(15℃)环境下均会受到显著抑制。     

苜蓿种子萌发和幼苗生长对温度、光照和埋深的响应

紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界人工草地重要的优良牧草.研究其种子萌发和幼苗生长对温度、光照及埋深等环境因子的响应,对苜蓿草地的种植及管理具有重要的实践指导意义.采用室内控制实验,分析了紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长对恒温(10、15、20、25、30℃)、变温(6/15、10/20、15/25、15/30、...     

乡土植物白刺花对紫茎泽兰化感作用的响应

为了解乡土植物白刺花对紫茎泽兰化感作用的耐受程度及抵御机理,以2—3年生紫茎泽兰叶片为供体材料,用不同浓度的紫茎泽兰叶片浸提液处理白刺花种子及幼苗。结果表明:紫茎泽兰叶片浸提液对白刺花的影响为低浓度促进,高浓度抑制。当浓度为0.5%时促进效应最强,当浓度大于2.0%时抑制效应明显增加。白刺花种子萌发速率比萌发率对紫茎泽兰化感作用反应敏感,胚轴比胚根敏感,随着幼苗的生长,其抵御紫茎泽兰化感作用的能力逐渐增强,丙二醛的含量与植株生长响应规律相对应,并且经紫茎泽兰浸提液处理能极大的增加白刺花幼苗菌根率,缩短菌根形成的时间。